Slides from the first Template Metaprogramming 101 talk from Meeting C/C++ Madrid. http://www.meetup.com/Madrid-C-Cpp/events/205900412/

1. Template metaprogramming 101
Desmitificando la metaprogramación en C++
Manu Sánchez @Manu343726, Oct 2014

2. “Modern C++”
● La mayoría de la industria todavía depende
de e incluso desarrolla en C++98/03. El
eterno problema del legacy code.
● No, no me refiero a Alexandrescu. “Modern
C++” es una forma de diferenciar dicho
legacy code del state of the art C++,
C++11/14.

3. Modern C++ facts

4. Los compiladores
● Hace mucho tiempo que un compilador dejó
de ser un traductor de lenguaje de alto nivel
a ensamblador.
● En los últimos veinte años ha habido una
evolución increíble en el desarrollo e
implementación de compiladores.

5. Los compiladores
● Hoy en día es muy difícil optimizar a mano:
Arquitecturas y lenguajes muy complejos.
Pero -O3 lo hace muy bien por nosotros.
● Trabajar en ensamblador por eficiencia ya
no tiene ningún sentido (Salvo casos muy
concretos. ¿Fixed-point? ¿ISRs?).

6. Los compiladores
● Moraleja: Bajo nivel != eficiencia. Para la
mayoría de los seres humanos bajo nivel ==
ineficiencia.
● Optimiza algoritmos y arquitectura del
programa. Evita microoptimizaciones.

7. El lenguaje
● C++11 se siente como un nuevo y mejor
lenguaje. C++14 arregla y mejora bastantes
cosas. ¡Estoy deseando ver C++17!
● La mayoría de las “pifias” que uno tenía que
hacer ya no son necesarias > >... ;)
● La programación en alto nivel y genérica con
C++ es sencilla y natural. Java no es de alto
nivel por Dios… std::copy()

8. El lenguaje
● Algunos argumentan que el lenguaje cada
vez es más complicado. A nivel de “friki” es
cierto, pero a nivel de usuario es bastante
más sencillo: Nada de The Rule Of Five,
The Rule Of Zero. ¡std::make_unique()!

9. Metaprogramación

10. Metaprogramación
● Generación contra duplicado de código.
● Automatización de la generación de código.
● Menos código == menos código que
mantener == menos bugs potenciales.

11. Metaprogramación en C++
● El sistema de plantillas de C++ es Turing
Completo. Te ha quedado muy chula la
frase, ¿pero eso qué demonios significa?
● Significa que tenemos a nuestra disposición
un sistema de generación de tipos que es
capaz de computar cualquier cosa.
Utilicemoslo.

12. Metaprogramación en C++
● ¿Pero cómo es posible? Hay algo que
tienen las plantillas y no los genéricos:
Especialización. Y sobretodo,
especialización parcial.
● En otras palabras, pattern matching.

13. Metaprogramación en C++
● Hasta ahora todo ha sonado muy bien, ¿por
qué la gente le suele tener tanto miedo y
acaba poniendo esta cara?

15. Metaprogramación en C++
● Hasta ahora todo ha sonado muy bien, ¿por
qué la gente le suele tener tanto miedo y
acaba poniendo esta cara?
● Muy sencillo: Su sintaxis y los mensajes de
error.

16. Metaprogramación en C++
● Seamos sinceros, el lenguaje no estaba
diseñado para hacer ésto, por mucho que
recientes añadidos como las variadic
templates o <type_traits> ayuden.
● ¿Cual es el resultado?

17. Metaprogramación en C++: Pitfalls
● typename ::type
● <><<<>>>><><<<>>>::<<<>>>::<><>
● template<template<typename> class > class
● En resumen: Una sintaxis horrible.

18. Metaprogramación en C++: Pitfalls
● Esos mensajes de error tan cortos y que
siempre van al grano.
● Compiladores como CLang han mejorado
bastante en este asunto. Tanto que a veces
lo que dice hasta puede llegar a ser útil.
● GCC sigue a lo suyo.

19. Metaprogramación en C++: Pitfalls
● Mi consejo: Lee la primera línea, olvídate del
resto. Los errores suelen ir en cascada.
● Pero no os voy a mentir: Depurar no es
nada fácil. static_assert(sizeof(T) != sizeof
(T) , “Trace”) y herramientas como templight
ayudan muchísimo.

20. Metaprogramación en C++: Pitfalls
● Rendimiento: Suele ser bastante malo,
consume un montón de recursos, y es
altamente dependiente del compilador. En
algunos ni siquiera funciona, gracias
Microsoft por tu maravilloso compilador.

21. Metaprogramación en C++
● Pero cuando funciona...

22. Compile-time computing

23. Cálculo en tiempo de compilación
● ¿Qué significa hacer cálculos en tiempo de
compilación?
● Significa que no quiero que el programa
calcule absolutamente nada, quiero el
resultado directamente grabado en el
ejecutable. Literalmente.

24. Cálculo en tiempo de compilación
● ¿Y qué pasa con constexpr? Una
herramienta más. Mejor para unos casos y
peor para otros.

25. Generación y
manipulación de tipos
(y su código subyacente)

26. Generación y manipulación de tipos
● Ya que estamos utilizando un sistema de
generación de tipos, juguemos con tipos.
● Multitud de aplicaciones. Policy based
designs. Generación de jerarquías.
● Definitivamente Alexandrescu se adelantó a
su época.

27. Typelists
● Como su nombre indica, son “listas” cuyos
elementos son tipos.
● Muy fáciles de implementar gracias a las
variadic templates.

28. Metafunciones
● Por “metafunción” se entiende una función
que manipula y devuelve tipos.
● En el caso de tmp, normalmente son
plantillas que “devuelven” un resultado a
través de un tipo miembro público. ::type en
la biblioteca estándar, ::result en mi Turbo.

29. Metafunciones
● En éste sentido, los type traits que provee la
biblioteca estándar desde C++11 pueden
entenderse como metafunciones.
● std::remove_const por ejemplo: Dado un
tipo, lo devuelve sin su cualificador const
superior. Es decir: remove_const(const int) -
> int.

30. Metaprogramación de alto
nivel

31. Metafunciones de alto nivel
● Haskell, otra vez
● foldl, foldr, filter, map, etc
● Variadic templates: O(1) map, wow!

32. Evaluación uniforme de expresiones
● tyename ::type es totalmente ilegible y
escala pobremente.
● Mi propuesta: tml::eval

33. Evaluación uniforme de expresiones
● tml::eval es una metafunción que dada una
expresión la evalua convenientemente.
● Una expresión puede ser:
Un valor (tipo) simple: int, char, bool
Una expresión compuesta: std::vector<int>
Una metafunción: std::remove_const<int>

34. Evaluación uniforme de expresiones
● tml::eval<std::remove_reference<std::
remove_const<const int&>>;
● tml::eval<tml::add<tml::Int<2>,tml::add<tml::
Int<3>,tml::Int<5>>>>;

35. ¿Preguntas?